Fizica este tăişul care ajunge la esenţa naturii. Focul, spadă arzândă, este tăişul cu care omul, acum 7000 de ani,a pătruns dincolo de structura vizibilă a materiei.

Acum 7000 de ani în Persia şi Afganistan a început extragerea cuprului din minereu. Malachitul ( carbonat bazic de cupru Cu2 (OH)2CO3 ) era aruncat în foc şi din el se scurgea cuprul. (Din fericire procesul de extracţie are loc la o temperatură modestă.)Se ştia că ceea ce se scurge este cupru pentru că acesta împreună cu aurul face parte dintre puţinele metale care se găsesc în stare nativă.

Dintr-o dată omul avea la dispoziţie un material care putea fi modelat într-un instrument, un ornament, un vas.

Cuprul are un singur defect: este un metal moale. Când o bară de cupru este întinsă aceasta se rupe.

Cuprul pur, la fel ca orice metal este format din straturi de microcristale. Microcristalele (în care atomii sunt dispuşi într-o reţea ordonată) alunecă unul faţă de altul până ce se produce o ruptură. Atunci când bara de cupru începe să prezinte cea mai mică ruptură la nivel microscopic, aceasta se propagă datorită alunecării interne a microcristalelor.

Evident că fierarul de acum 6000 de ani nu gândea aşa.El doar observa că instrumentele din cupru sunt prea moi pentru a avea un tăiş. Problema care şi-o punea era să găsească un metal suficient de tare ca să fabrice o lamă tăioasă.

În termeni moderni un asemenea material putea fi găsit astfel:Cuprul era moale pentru că straturile de microcristale alunecă.Cuprul poate fi întărit prin batere, microcristalele mari sunt fărâmiţate, devin rugoase la suprafaţa lor şi frecarea dintre ele creşte. Prin urmare dacă se introduc nişte impurităţi în cupru care să facă microcristalele mai rugoase aceasta ar putea opri alunecarea internă.Într-un aliaj cristalele sunt mai rigide deoarece atomii nu sunt de acelaşi fel. Această cunoaştere legată de proprietăţile speciale ale aliajelor plecând de la structura atomică am dobândit-o de-abia în ultimii 50 de ani.

Defectul nu se mai propagă!

Fierarii antici, prin noroc sau prin experimentare au obinut acelaşi răspuns: când se adaugă la cupru un metal mai moale, plumbul, se obţine un aliaj mai tare şi mai dur decât ambele metale: BRONZUL. Din fericire în Lumea Veche minereurile de plumb se află alături de cele de cupru.Bronzul este mai greu şi are temperatura de topire mai mică decât cuprul. Aceasta a permis procesul de TURNARE a bronzului în forme.

Pasul următor în evoluţia cunoaşterii umane s-a făcut odată cu descoperirea fierului. La început, ca şi cuprul, fierul a fost găsit în forma sa nativă, în meteoriţi, de aici şi numele sumerian pentru fier “metal din ceruri”. Uneori acest fier nativ era şi magnetizat, atrăgînd pilitura de fier. Ulterior, chinezii aveau să folosească magneţii în geomanţie.

Extragerea fierului din minereu a fost o descoperire mult mai târzie.Folosirea fierului în instrumente este anterioară anului 2500 î.C.Un instrument de fier a fost găsit în priamidele egiptene.

Perioada de glorie a fierului, la fel cum s-a întâmplat cu cuprul, s-a produs odată cu descoperirea aliajului de fier cu carbonul: oţelul.În 1000 î.C. oţelul este produs în India şi avea să fie vândut sub forma preţioaselor săbii din Damasc. Secretul fabricaţiei avea să fie atât de bine păstrat (mai bine zis dificultatea fabricaţiei) încât de-abia în sec. XVIII oţelul avea să fie produs pe scară largă.

Fabricarea sabiilor de Damasc era înconjurată de ritual şi pentru asta exista un motivaţie evidentă. Atunci când cunoaşterea nu se transmitea pe cale scrisă, când nu exista nimic de genul unei formule chimice, bineînţeles că era necesar un ceremonial precis care să fixeze secvenţa operaţiilor astfel încât acestea să fie memorate cât mai exact.

În Japonia, ritualul fabricării sabiei de samurai datează din anul 800. Astăzi mai trăieşte maestrul Getsu care este un descendent direct al maestrului de săbii Masamune care a perfecţionat acest proces în sec. XIII pentru a-i alunga pe mongoli. În acea perioadă mongolii încercau să cucerească Japonia prin China sub comanda nepotului lui Gingis Han, cunoscutul Kublai Han.

De ce fabricarea oţelului era atât de dificilă?Fierul (şi la fel oţelul) este o descoperire mai târzie deoarece în fiecare etapă a fabricării sale necesită mai multă căldură decât cuprul.Punctul de topire Fe-1500C, Cu-1000C.Atât la tratamentul termic cât şi la elementele adăugate, oţelul este un material infinit mai delicat decât bronzul. Variaţii mai mici de 1% în concentraţia carbonului modifică apreciabil duritatea oţelului.

bcc

fcc hcp

Iar o sabie de samurai trebuia să combine două proprietăţi diferite şi incombatibile ale materialelor. Trebuie să fie flexibilă şi în acelaşi timp dură. Aceste proprietăţi nu pot fi conţinute în acelaşi material, decât dacă este format din straturi. Bucata iniţială de oţel este tăiată şi dublată în mod repetat realizând o mulţime de suprafeţe interne. Sabia fabricată de Getsu este dublată de 15 ori. Asta înseamnă că numărul de straturi din oţel este 215=30.000. Fiecare strat trebuie unit cu următorul, fiecare având alte proprietăţi. Este ca şi cum am uni flexibilitatea cauciucului cu duritatea sticlei. Iar sabia este un sandwich imens a celor două proprietăţi.

În ultima etapă, sabia este acoperită cu argilă de diferite grosimi, astfel încât când este încălzită şi introdusă în apă să se poată răci cu viteze diferite. Temperatura oţelului în acest moment final trebuie ştiută precis, dar cum se putea face într-o civilizaţie în care nu se cunoştea măsurarea temperaturii? Practica era ca sabia să fie încălzită până ce strălucea “precum soarele la răsărit”. Acest procedeu avea să fie folosit şi în Europa până în sec XVIII când se determina temperatura după culoare: aurie, purpurie sau albăstruie.

Punctul culminant consta în răcire, care întărea sabia şi fixa diferitele proprietăţi în interior. Diferitele rate de răcire produceau diferite forme şi mărimi ale microcristalelor: mari, netede la capătul flexibil al sabiei şi mici, iregulare la tăiş.Proprietăţile cauciucului şi sticlei erau în final unite în sabia terminată!